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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein hydraulisches Fahrwerk einen
Fahrzeuges mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1.
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Bei
einem landwirtschaftlichen Fahrzeug oder einer selbstfahrenden Arbeitsmaschine
herkömmlicher
Bauart ist zumeist eine Achse starr und die Andere zur Sicherung
der Bodenanpassung pendelnd aufgehängt. Bei dieser Bauart ist
zumeist nur die pendelnde Achse gefedert oder hat eine Einzelrad-Aufhängung.
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Am
Hang stützt
sich die Last des Fahrzeuges hauptsächlich auf dem Rad der starren
Achse ab, welches sich auf der hangabgewandten Seite befindet, was
bei unterschiedlichem Untergrund unkalkulierbare Risiken in sich
birgt.
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Bei
einem auf allen Achsen gefederten Fahrzeug mit Einzelradaufhängung oder Ähnlichem
ist zwar eine fast gleichmäßige Lastverteilung
auf alle Räder
einer Fahrzeugseite möglich,
aber durch Verlagerung des Schwerpunktes beim Fahren am Hang, kommt
es zum Einsinken der Federung auf der hangabgewandten Seite, was
eine weitere, unter Umständen
gefährliche
Veränderung
der Schwerpunktlage nach sich zieht. Bei unebenen Untergrund kann das
genauso riskant sein, wie die zuerst aufgeführte Variante. Dieser Nachteil
kann auch nicht durch die heute üblichen
Torsionsstäbe
zwischen den Fahrzeugseiten beseitigt werden, da die notwendige
Bodenpassung eine ausreichende Elastizität dieser Stäbe erfordert.
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Um
auch am Hang eine ausreichende Stabilität zu erreichen, wurde in den
Niederlanden ein Spezialfahrwerk (Tandemfahrwerk) für selbstfahrende
Pflanzenschutzmaschinen entwickelt, bei welchem die Räder einer
jeden Fahrzeugseite an jeweils einem Längspendel befestigt sind und
die Bodenanpassung in Längsrichtung
der Fahrzeuges erfolgt. Diese Längspendel
werden über
ein Zentralrohr geführt,
können
um den Drehpunkt schwenken und sich so dem Boden anpassen. Die Last
des Fahrzeuges stützt
sich auf den vier Federbeinen ab. Um eine Federung zu ermöglichen,
ist das Zentralrohr starr mit zwei Schwingen verbunden, welche um
einen Schwenkpunkt im Fahrgestellrahmen beweglich sind. Diese Schwingen
bilden mit dem Zentralrohr ein starres Gebilde, welches die beiden
Längspendel führt und
verhindert, dass die Federung einseitig nachgeben kann.
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Die
Längspendel
beider Fahrzeugseiten können
so beim Federn immer nur gleiche Wege machen, was trotz der Federung
eine einmalige Stabilität
gewährleistet.
Diese Anordnung mit ihren besonderen Eigenschaften ist bisher nur
bei zwei Achsen möglich.
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Durch
die gattungsbildende
DE
32 23 263 A1 ist ein hydraulisches Fahrwerk eines Fahrzeuges
bekannt, bei dem jede Radaufhängung
einen Hydraulikzylinder aufweist. Die Hydraulikzylinder der rechten und
der linken Fahrzeugseite einer Achse stehen über eine Leitung miteinander
in Verbindung, an welche eine Feder sowie eine Einrichtung zur Durchführung der
Niveauregulierung angeschlossen ist.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, auf rein hydraulischem Weg die speziellen
Fahrwerkseigenschaften für
das Fahren am Hang oder im Gelände bereit
zustellen, um die technischen Voraussetzungen dafür zu schaffen,
das durch den Einsatz baugleicher hydraulischer Federbeine an relativ
frei gestellten Fahrzugrahmen, alle Lenkungsarten realisiert werden
können,
ohne dass diese speziellen Fahrwerkseigenschaften die Lenkgeometrie
beeinflussen.
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Diese
Aufgabe wird durch die Merkmale von Anspruch 1 gelöst.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Mehrere
Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind nachstehend anhand der Zeichnungen näher erläutert.
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Es
zeigt:
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1 zweiachsiges
Fahrzeug mit Pendelachse
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2 schematische
Darstellung eines Tandemfahrwerkes
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3 Tandemfahrwerk
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4 gefedertes
Fahrzeug am Hang
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5 Fahrwerk
mit 2 Achsen
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6 Fahrwerk
mit 4 Achsen
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7 Gesamtdarstellung
des Fahrwerkes mit zwei Achsen
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8 Doppelkolben-Federelement
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9 schwenkbar
angeordnete Hydraulikzylinder
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10 schematische
Darstellung der Zahnradpumpen
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11 Zahnradpumpen
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12 schematische
Darstellung des Fahrwerkes mit zwei Achsen
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Ein
optimales Fahrzeug oder eine selbstfahrende Arbeitsmaschine kann
für das
Fahren am Hang über
schwenkbare hydraulische Federbeine verfügen, welche sich an einem einfachen,
starren Rahmen befinden. Die Form und Bauart dieses Rahmens ist,
je nach dem Einsatzzweck, freigestellt. Hydraulischen Federbeine
(9 ) können
alle nachfolgend aufgeführten
Fahrwerksaufgaben übernehmen und
könnten,
für alle
Räder eines
Fahrwerkes, in den Hauptkomponenten baugleich sein. Sie sind am Hauptrahmen
in Schwenklagern (Pos. 9.1 und 9.2) befestigt
und die Lenkung erfolgt durch das Schwenken der Federbeine über Lenkhebel
(Pos. 9.3), welche sich immer, unabhängig von der Lage des Fahrzeugrahmens
zum Untergrund (bzw. den Rädern),
in gleicher Höhenlage
zu Diesem befinden. Alle Lenkungsarten (Vorderachs-, Hinterachs-,
Allrad- und Hundeganglenkung) sind auf diese Weise ohne Beeinträchtigung
der Lenkungsgeometrie möglich.
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Sie
könnten,
wie in dieser als Beispiel gewählten
Variante, aus einen Außenkörper (Pos. 9.4) und
eine Innenkörper
(Pos. 9.5) bestehen, welche ineinander verschiebbar sind,
die Seitenkräfte
aufnehmen und die Führung übernehmen.
In den Federbeinen befinden sich die zwei einfach wirkende Hydraulikzylinder
(Pos. 9.6 und 9.7), welche alte nachfolgenden
Aufgaben des Fahrwerks generieren können.
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Die
vorliegende Erfindung ist in der Lage, alle nachfolgen genannten
Fahrwerksaufgaben und Funktionen nur durch zwei an jeder Radaufhängung (egal
welcher Art) befindliche Hydraulikzylinder zu generieren:
- 1. die Bodenanpassung in Längsrichtung des Fahrzeuges
- 2. dadurch Ausgleich gröberer
Bodenunebenheiten
- 3 dadurch die Hangstabilisierung
- 4. die Federung mit Niveauregulierung
- 5. die Stoßdämpfung
- 6. den hydraulische Hangneigungsausgleich
- 7. die Änderung
der Bodenfreiheit
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Zur
Erklärung
der Funktion des hydraulischen Systems, sind die in jedem Federbein
(oder an jeder Radschwinge eines anderen Fahrwerks) enthaltenen
zwei einfach wirkenden Hydraulikzylinder entsprechend ihrer Funktion
als A – Zylinder
(7, Pos.7.9) und B – Zylinder (Pos. 7.10) benannt.
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Die
A – Zylinder
sind für
die Bodenanpassung, die Federung, die Hangstabilisierung und die hydraulische
Hangneigungsanpassung zuständig.
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Die
B – Zylinder
sind für
die Lastverteilung zwischen Fahrzeugvorder- und Hinterhälfte, die
Federung, die Niveauregulierung und die Stoßdämpfung zuständig.
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Beide
hydraulisch Systeme arbeiten völlig unabhängig voneinander
und tragen gemeinsam das Fahrzeuggewicht. Zur Verstellung der Bodenfreiheit werden
beide Systeme proportional verändert.
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Die
A – Zylinder
einer jeden Fahrzeugseite sind untereinander verbunden (7,
Leitung A Links und A rechts). Dadurch verteilt sich die Last einer
Fahrzeugseite zu exakt gleichen Teilen auf jedes Rad dieser Seite.
Die Bodenanpassung erfolgt durch die Relativbewegung der einzelnen
Räder einer Fahrzeugseite
untereinander. Das Gesamtniveau ist ohne Federung konstant. Durch
die Verbindung der A – Zylinder
auf einer Fahrzugseite entsteht bei einem zweiachsigen Fahrzeug
auf hydraulischem Weg die gleiche Mechanik, wie bei einem Tandem-
Fahrwerk (5). Der Hydraulikzylinder kann
vom nur so weit einfahren, wie der hintere Zylinder ausfahren kann.
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Die
Bodenanpassung erfolgt so, abweichend von üblichen Fahrwerken in Längsrichtung.
Das bringt den Vorteil, dass gröbere
Bodenunebenheiten, welche ein Rad mit einer Höhe a1 anheben, nur mit einer
Höhe a2
in das Fahrzeug geleitet werden.
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Der
Weg a1 teilt sich dabei durch die Anzahl der Achsen. Bei zweiachsigen
Fahrzeugen halbiert sich so die Höhe.
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Bei
mehrachsigen Fahrzeugen verbessert sich so Aufnahme von Bodenunebenheiten
b1 weiter, noch vor Beanspruchung der Federung (6.).
Da sich das Öl
aus dem eingedrückten
Zylinder über
der Bodenunebenheit, je nach Widerstand auf die anderen Hydraulikzylinder
verteilt, reduziert sich die in das Fahrzeug gehende Höhe b2 für ein vierachsiges Fahrzeug
auf ein Viertel von b1.
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Die
Federung erfolgt zur Hangstabilisierung über ein Doppelkolben – Federelement
(8). in einen Gehäuse (8.5) befindet
sich ein abgesetzter Kolben (künftig
Doppelkolben genannt)(8.4), dessen beide Druckflächen gleich
sind. An die Rückseite
dieses Kolbens ist ein herkömmlicher
hydraulischer Gasdruckspeicher (8.1) angeschlossen welcher
die Federung des Gesamtfahrzeuges generiert.
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Jede
der beiden gleichen Druckflächen
ist mit den A – Zylindern
jeweils einer Fahrzeugseite, linke Seite (8.6) und rechte
Seite (8.7), verbunden. Beim Federn fährt der Doppelkolben (8.4)
gegen den Gasdruck des Speichers. Dadurch wird das Fahrzeug gefedert
aber unter dem Zwang, dass auf beiden Fahrzeugseiten immer gleiche Ölmengen
fließen.
Dadurch wird der beabsichtigte Effekt erreicht, dass das Fahrgestell
zwar als Ganzes federn, aber nicht einseitig nachgeben kann.
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Bei
Extrembelastungen wird das Durchschlagen des Doppelkolbens durch
ein Dämpfungsventil
verhindert. Das Öl
verlässt
den Zylinder auf dem Weg zum Gasdruck- Speicher durch eine schlitzförmige Öffnung (8.2).
Nähert
sich der Doppelkolben der Zylinder – Stirnwand wird der Dämpfungsschieber
(8.3) gegen der Feder eingeschoben. Dadurch reduziert sich
mit zunehmendem Weg des Dämpfungsschiebers
der Durchlass des Schlitzes und damit die durchfließende Ölmenge.
Kurz vor der Berührung
zwischen Doppelkolben und Zylinder – Stirnwand wird der Durchlass
gänzlich
geschlossen und so ein Anschlagen vermieden.
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Das
Zusammenwirken der beiden hydraulischer Federungssysteme ist in 7 dargestellt.
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Da
die A – Zylinder
(7.9) über
die Verbindungsleitung (A rechts und A links) die Bodenanpassung
in Längsrichtung
und die Federung des Gesamtfahrzeuges (z) über das Doppelkolben-Federelement
(7.1) generieren, wird das Nachgeben in Querrichtung (y)
verhindert. Für
die gezielte Verteilung des Fahrzeuggewichtes in Längsrichtung
(x) sind die B – Zylinder
(7.10) vorhanden. Diese sind im vorderen und im hinteren
Bereich des Fahrzeuges durch die Verbindungsleitung (B) verbunden.
Bei mehrachsigen Varianten sind alle B – Zylinder einer Fahrzeugvorder-
und Fahrzeughinterhälfte
verbunden. Dadurch wird eine gleichmäßige Verteilung der Last des
A – Systems
auf alle Räder
einer Fahrzeughälfte
(vom/hinten) erreicht. Das Öl
kann zwischen beiden Fahrzeugseiten (rechts/links) korrespondieren
und eine Beeinflussung des A – Systems,
damit der Bodenanpassung und des Hangneigungsausgleich ist ausgeschlossen.
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Durch
den Druck der Gasdruckspeicher im vorderen Fahrzeugbereich (7.3)
und im hinteren Bereich (7.4) wird das Fahrzeuggewicht
in Längsrichtung
auf das Fahrzeug verteilt und eine Federung in dieser Richtung generiert
(x).
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Durch
Niveauregulierungsventile (7.8) wird automatisch durch
Druckerhöhung
und -senkung in dem Vorder- und Hintersystem, eine korrekte Lastverteilung
und Niveauregelung des Fahrzeuges erreicht. Um eine aktive Hangneigungsanpassung
oder Verstellung der Bodenfreiheit zu ermöglichen muss ein System vorhanden
sein, welches sichert, dass den hydraulischen Systemen immer proportionale Öl – Mengen
zugefügt
oder entnommen werden. Um die Stabilität des Fahrzeuges in allen Lagen
zu sichern, muss bei der hydraulischen Hangneigungsverstellung und
auch bei der Verstellung der Bodenfreiheit immer eine sichere Trennung
zwischen den hydraulischen Systemen gesichert sein. Dazu wird eine Zahnrad – Mengenteilung
verwandt.
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Diese
ist von einer Zahnradpumpe (-motor) abgeleitet. Mehrere Zahnradsätze (10,
Pos. 10.2) welche sich auf gemeinsamen Wellen (Pos. 10.1)
befinden, werden mit ihren Gehäusen
zusammen geflanscht (Pos. 10.3).
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Ein
Antrieb (Abtrieb) wie bei einer Zahnradpumpe(-motor) ist nicht notwendig
und nicht vorhanden. Dadurch ist auch keine axiale Dichtung erforderlich.
Die Zahnrad – Mengenteilung
kann so bei allen Funktionen unter dem vollen Druck des Hydrauliksystems
problemlos arbeiten.
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Beide
(oder mehrere) Eintrittsseiten der Zahnrad – Mengenteilung (11)
sind über
einen gemeinsamen Zulauf (Pos. 11.2 und 11.6)
verbunden. Wird dieser mit Druck beaufschlagt, arbeitet das System
wie zwei (oder mehrere) auf einem Antrieb befindliche, baugleiche
Zahnradmotoren, angetrieben durch den Druck des Hydrauliköls. Jeden
Zahnradsalz (Pos. 11.5) kann so nur exakt die gleiche Menge Öl passieren,
das jeder Zahnradsatz nur die gleiche Menge fördern kann. Es kommt zu einer
zuverlässigen
Teilung der Ölmengen.
Ein unkontrollierter Ölfluss
zwischen den Ausgängen
(Pos. 11.3), weicher zum Beispiel die Seitenstabilität der Fahrzeuges am
Hang beeinträchtigen
konnte, ist nicht möglich.
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Kombiniert
man so Zahnradsätze
unterschiedlicher Breite, kann auch eine zuverlässige proportionale Teilung
einer Ölmenge
generiert werden.
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Mögliche geringe
Abweichungen durch das Lecköl
der Zahnrad – Passungen
kann für
diesen Einsatzzweck und sicher auch für andere Einsatzfälle, welche
eine exakte hydraulische Mengenteilung erfordern, als irrelevant
angesehen werden.
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Für den Einsatz
dieser Zahnrad – Mengenteilung
in den hydraulischen Systemen des Fahrwerks sind nur Zahnradsätze einer
relativ kleinen Lieferleistung erforderlich, da nur sehr begrenzte Ölmengen zur
Steuerung der Fahrwerksfunktionen notwendig sind.
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Für die Steuerung
des Hangneigungsausgleich und die Verstellung der Bodenfreiheit
sind jeweils eine gesonderte Zahnrad – Mengenteilung erforderlich.
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Der
hydraulischen Hangneigungsausgleich erfordert eine Zahnrad – Mengenteilung
mit zwei Zahnradsätzen
und die Verstellung der Bodenfreiheit eine Zahnrad – Mengenteilung
mit vier Zahnradsätzen.
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Der
hydraulische Hangneigungsausgleich (12) wird
so durchgeführt,
dass aus den gekoppelten A – Zylindern
der einen Seite Öl
entnommen und auf der anderen Seite exakt die gleiche Menge Öl zugeführt wird.
Durch die Zahnrad – Mengenteilung
sind diese beiden Ölmengen
exakt gleich. Die Hangstabilität
bleibt voll erhalten. Eine Seite des Fahrzeugs hebt sich an und
die Andere senkt sich. In der Mitte des Fahrzeuges bleibt die Höhe über Grund konstant.
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Dadurch
wird auch die Funktion des B – Systems,
dessen Hydraulikzylinder quer zum Fahrzeug verbunden sind, beim
Hangneigungsausgleich nicht berührt.
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Das
wird durch den entgegengesetzten Anschluss der Zahnrad – Mengenteilung
(12.2) erreicht. Wird der Steuerschieber (12.4)
in Richtung x betätigt, fließt Öl durch
den Zahnradsatz A1. Die linke Fahrzeugseite hebt sich an. Durch
den Druck des Öls
wird eine Drehung der Zahnradsätze
generiert. Dadurch fördert
der Zahnradsatz A2 die gleiche Mengen Öl aus der rechten Seite in
den Rücklauf
zurück.
Die rechte Seite senkt sich um den gleichen Weg wie die linke Seite
sich gehoben hat (in der Summe der Achsen). Wird der Steuerschieber
(12.4) in Richtung y betätigt, erfolgt der gleiche Vorgang
in umgekehrter Richtung.
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Bei
Betätigung
des Hangneigungsausgleich werden alle sonstigen hydraulischen Funktionen
des Systems nicht beeinträchtigt.
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Die
Verstellung der Bodenfreiheit erfolgt über den Steuerschieber (12.5).
Wird dieser in Richtung X betätigt,
fließ Öl durch
den verbundenen Zulauf der Zahnrad – Mengeteilung (12.3)
in die Zahnradsätze und
generiert deren Umdrehung.
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Dadurch
wird exakt die gleiche Ölmenge
jeweils in die rechte und linke Seite des A – Systems und auch in die vordere
und hintere Hälfte
des B – Systems
gefördert.
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Das
Fahrzeug hebt sich gleichmäßig an.
Alle anderen Funktionen des Systems werden nicht beeinträchtigt.
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Hangneigungsausgleich
und Verstellung der Bodenfreiheit können problemlos gleichzeitig
durchgeführt
werden.
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Wird
der Steuerschieber (12.5) in Richtung y betätigt, fließt Öl aus allen
Teilsystemen, unabhängig von
deren unterschiedlichen Drücken,
durch die Zahnradsätze
der Mengenteilung (12.3) in den Rücklauf zurück. Die dadurch generierte
Umdrehung der Zahnradsätze
sichert, dass aus allen Teilsystemen nur exakt gleiche Ölmengen
abfließen
können.
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Das
Fahrzeug senkt sich gleichmäßig ab. Alle
anderen Funktionen des Systems werden nicht beeinträchtigt.
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Zur
Generierung der Stoßdämpfung sind
an den B – Zylindern
eines jeden Rades ein Rückschlagventil
(12.6) und eine Durchflussmengendrossel (12.7)
vorhanden. Bei einer Anordnung im A – System könnte sich die Stoßdämpfung unter
bestimmten Umständen,
nachteilig auf die Bodenanpassung auswirken. Um den Einfluss des
Lecköls
der Zahnrad – Mengenteilung,
resultierend aus den Passungen der Zahnräder, auf die Funktion des Systems
im normalen Betrieb zu vermeiden, sind die Zahnrad – Mengenteilungen
in diesem Zustand durch elektrohydraulische Sperrventile (12.1)
von den Systemkompanenten getrennt.
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Nur
wenn der Hangneigungsausgleich oder die Verstellung der Bodenfreiheit
aktiviert wird, öffnen diese
elektrohydraulische Sperrventile (12.1) zusammen mit dem,
in diesem Fall (idealer Weise elektrisch betätigten) hydraulischen Steuerschieber.
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Ist
ein hydraulischer Hangneigungsausgleich und eine hydraulische Verstellung
der Bodenfreiheit nicht notwendig, kann das A – System der Bodenanpassung
in Längsrichtung
und die damit verbundene Hangstabilisierung auch mit anderen Federungen kombiniert
oder sogar nachgerüstet
werden. Dadurch vereinfacht sich das System erheblich durch den
Wegfall eines zweiten Hydraulikkreises und der Zahnrad-Mengenteilungen.
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An
jeder Radaufhängung
eines Fahrzeuges ist zusätzlich
zur normalen Federung (idealer Weise Luftfederung) an jeder Radaufhängung ein
Hydraulikzylinder erforderlich und eine Doppellkolbenfederelement,
welches in dem beschriebene Konfiguration die gewünschten
Fahrwerkeigenschaften generieren.
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Durch
die Einstellung des Druckes der hydraulischen Federung des A – Systems
kann die Lastverteilung zwischen dem hydraulischen Stabilisierungssystem
und dem zweiten vorhandenen, herkömmlichen Federungssystem eingestellt
werden.
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Für die Grundeinstellung
und Entlüftung
der hydraulischen Systeme sind Vorrichtungen vorgesehen, die bei
den Darstellungen und Erklärungen
vernachlässigt
werden konnten.